Je nach Art unterscheiden sich Wärmepumpen in ihrem Wirkungsgrad. Dieser Beitrag erklärt, anhand welcher Kennzahlen sich der Wirkungsgrad messen lässt, was die Effizienz beeinflusst und wie hoch der Wirkungsgrad der verschiedenen Wärmepumpenarten im Vergleich ausfällt.

Was der Wirkungsgrad beschreibt

Der Wirkungsgrad ist mit der Effizienz einer Wärmepumpe gleichzusetzen und ergibt sich aus der pro Stromeinheit erzeugten Wärmemenge. Beim Vergleich von mit Luft, Wasser oder Sole betriebenen Systemen ist somit stets der Stromverbrauch zu berücksichtigen. Um eine passende Wärmepumpe zu finden, ist zunächst der Energiebedarf des Gebäudes zu ermitteln. Sinnvoll ist es zudem, den theoretisch maximal möglichen Wirkungsgrad im Blick zu haben, an dem sich reale Anlagen orientieren.

Relevante Kennzahlen

Für den Vergleich sind zwei Kennzahlen relevant: die als COP bezeichnete Leistungszahl und die Jahresarbeitszahl. Der COP-Wert berechnet sich aus der Heizwärmeproduktion geteilt durch den Strombedarf, jeweils in Kilowattstunden, und gilt für einen bestimmten Betriebspunkt. Die Jahresarbeitszahl setzt die jährliche Heizwärmeproduktion ins Verhältnis zum jährlichen Strombedarf und bildet den realen Betrieb über ein ganzes Jahr ab. Je höher die Werte, desto effizienter arbeitet die Anlage. Unterschreitet der COP-Wert die Zahl 3, gilt die Wärmepumpe als nicht wirtschaftlich. Ein guter COP-Mittelwert liegt im Bereich 3 bis 5.

Vergleich der Wärmepumpenarten

Die verschiedenen Arten erreichen unterschiedliche Werte. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe kommt grob auf einen COP zwischen 3,4 und 4,1 und eine Jahresarbeitszahl von rund 2,8 im Heizbetrieb. Eine Sole-Wasser-Wärmepumpe erreicht grob einen COP zwischen 4,4 und 4,8 und eine Jahresarbeitszahl von rund 4,0. Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe liegt mit grob einem COP zwischen 4,9 und 5,8 und einer Jahresarbeitszahl von rund 4,8 am höchsten. Der Grund ist, dass Erdreich und Grundwasser über das Jahr konstantere und höhere Temperaturen bieten als die Außenluft, sodass die Temperaturdifferenz zur benötigten Vorlauftemperatur geringer ausfällt.

Stromverbrauch der Wärmepumpenarten

Neben COP und Jahresarbeitszahl ist der Stromverbrauch für die Auswahl relevant. Er ergibt sich, indem man den Wärmebedarf durch die Jahresarbeitszahl teilt. Bei einem angenommenen Wärmebedarf ergibt sich so für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe der höchste Stromverbrauch, während Sole-Wasser- und insbesondere Wasser-Wasser-Wärmepumpen deutlich weniger Strom benötigen. Über die Jahre summiert sich dieser Unterschied und kann die höheren Anschaffungskosten der erdreich- oder grundwasserbasierten Systeme teilweise ausgleichen.

Einflussfaktoren auf den Wirkungsgrad

Je geringer der Unterschied zwischen der benötigten Heizungstemperatur und der Umweltwärme, desto effizienter arbeitet das System. Wie hoch die Jahresarbeitszahl tatsächlich ausfällt, hängt unter anderem von der Qualität der Dämmung, der Höhe der Vorlauftemperatur, den klimatischen Bedingungen und dem individuellen Wärmebedarf ab. Eine pauschale Aussage zur Effizienz lässt sich daher nicht treffen, weshalb eine auf das Gebäude zugeschnittene Berechnung sinnvoll ist. Insbesondere niedrige Vorlauftemperaturen, wie sie große Heizflächen ermöglichen, steigern den Wirkungsgrad deutlich.

Wirkungsgrad im Winter

In den Wintermonaten fällt der Wirkungsgrad aller Systeme durch die kälteren Außentemperaturen etwas ab, dennoch arbeiten sie zuverlässig. Je höher die Temperatur der Wärmequelle im Winter ist, desto günstiger der Wirkungsgrad. Eine hervorragende Effizienz weisen dann Wasser-Wasser-Wärmepumpen auf, da das Grundwasser auch im Winter recht warm ist, gefolgt von Sole-Wasser-Wärmepumpen, die die konstant temperierte Erdwärme nutzen. Luft-Wasser-Systeme sind bei sehr kalten Außentemperaturen etwas im Nachteil, arbeiten aber auch dann verlässlich. Eine Entscheidung für ein System sollten Sie idealerweise auf Basis einer individuellen Effizienzberechnung treffen.

Fazit

Der Wirkungsgrad, ausgedrückt über COP-Wert und Jahresarbeitszahl, ist die zentrale Größe, um die Effizienz von Wärmepumpen zu vergleichen. Sole- und Wasser-Wasser-Wärmepumpen erreichen die höchsten Werte, Luft-Wasser-Modelle sind einfacher zu installieren, aber etwas weniger effizient. Da der reale Wirkungsgrad stark von Dämmung, Vorlauftemperatur und Wärmequelle abhängt, lohnt sich eine individuelle Berechnung durch einen Fachbetrieb, um die für Ihr Gebäude effizienteste Lösung zu finden.

Für die Praxis ist wichtig, den Unterschied zwischen dem im Labor ermittelten COP-Wert und der real erreichten Jahresarbeitszahl im Blick zu behalten. Während der COP-Wert unter genormten Bedingungen gemessen wird, bildet die Jahresarbeitszahl den tatsächlichen Betrieb über ein ganzes Jahr mit allen Temperaturschwankungen ab. Ein hoher COP-Wert im Datenblatt garantiert also noch keine niedrigen Heizkosten, wenn das Heizsystem ungünstig ausgelegt ist. Deshalb lohnt es sich, bei der Planung auf niedrige Vorlauftemperaturen, große Heizflächen und eine gute Dämmung zu achten, damit die Wärmepumpe im realen Betrieb eine hohe Jahresarbeitszahl erreicht.

Zusammengefasst geben COP-Wert und Jahresarbeitszahl Auskunft über die Effizienz einer Wärmepumpe, wobei Sole- und Wasser-Wasser-Modelle die höchsten Werte erreichen. Da der reale Wirkungsgrad stark von Dämmung, Vorlauftemperatur und Wärmequelle abhängt, ist eine individuelle Effizienzberechnung durch einen Fachbetrieb die beste Grundlage, um die für Ihr Gebäude wirtschaftlichste Lösung zu finden.

Bei der Auswahl einer Wärmepumpe sollten Sie sich daher nicht allein von den Datenblattwerten leiten lassen, sondern die für Ihr Gebäude realistisch erreichbare Jahresarbeitszahl abschätzen lassen. Ein Fachbetrieb bezieht dabei die Dämmung, die Heizflächen und die geplante Vorlauftemperatur ein und ermittelt so, welche Wärmepumpe für Sie die effizienteste und wirtschaftlichste Wahl ist.